【摘要】：熱解是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為可利用的中間化學(xué)品的前沿技術(shù)之一。生物質(zhì)熱解過(guò)程中添加適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛梢杂羞x擇性的獲得所需產(chǎn)物以及增大產(chǎn)率。但是不同金屬鹽對(duì)生物質(zhì)熱解產(chǎn)物的催化效果及催化機(jī)理并不相同。因此研究金屬鹽對(duì)玉米秸稈及其三組分熱解氣體產(chǎn)物的影響具有一定的實(shí)用價(jià)值。首先,在熱重紅外聯(lián)用儀上開展玉米秸稈及三組分等溫?zé)峤獾膶?shí)驗(yàn)研究,獲得熱分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為后續(xù)等溫快速熱解實(shí)驗(yàn)提供參考。研究發(fā)現(xiàn),玉米秸稈三組分的熱穩(wěn)定性存在較大差異,這種區(qū)別會(huì)對(duì)氣體的產(chǎn)生過(guò)程產(chǎn)生影響。盡管主熱解溫度范圍稍有差別,但是在溫度超過(guò)550℃之后,玉米秸稈及三組分的熱解均已完成,這對(duì)后期的微型流化床等溫?zé)峤庠囼?yàn)溫度的確定提供了依據(jù)。其次,進(jìn)行不同溫度下玉米秸稈及三組分熱解實(shí)驗(yàn),對(duì)單組分的熱解氣體釋放特性進(jìn)行深入分析。在熱解實(shí)驗(yàn)之前對(duì)微型流化床進(jìn)行調(diào)試,優(yōu)化玉米秸稈及其三組分熱解時(shí)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件,包括反應(yīng)溫度確定、流化氣量選擇、進(jìn)料量等。通過(guò)氣體釋放特性的差異可以看出4種氣體組分生成機(jī)理并不相同,這與熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。此外,對(duì)于每種氣體組分,達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率的停留時(shí)間隨著溫度升高而逐漸縮短,說(shuō)明高溫對(duì)生物質(zhì)熱解反應(yīng)的進(jìn)行有益處。再次,進(jìn)行金屬鹽催化生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn),旨在進(jìn)一步掌握三種金屬鹽(NaCl,K_2CO_3和Na_2CO_3)對(duì)玉米秸稈熱解氣體產(chǎn)物的催化機(jī)理。在催化熱解過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)添加K_2CO_3、Na_2CO_3的加入促進(jìn)了揮發(fā)分中含羰基、羧基化合物的分解進(jìn)而使低溫時(shí)生成CO、CO_2的轉(zhuǎn)化率加快;而隨著溫度升高,三組分熱解的相關(guān)反應(yīng)都很容易發(fā)生,K_2CO_3、Na_2CO_3的參與作用并不明顯,而且附著在三組分結(jié)構(gòu)空隙中的金屬鹽還會(huì)阻礙氣體從通道中析出,使CO、CO_2的轉(zhuǎn)化率減慢。與纖維素和半纖維素不同的是金屬鹽使木質(zhì)素上的苯環(huán)的稠環(huán)化加劇,促進(jìn)了脫氫生成H_2,進(jìn)而增強(qiáng)了木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)物H_2的強(qiáng)度。最后進(jìn)行本征動(dòng)力學(xué)分析,采用模型積分法獲得氣體組分的活化能E值和指前因子A值,并對(duì)各模型的擬合結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià),篩選出最適合的動(dòng)力學(xué)模型。采用微型流化床可以克服儀器熱滯后所帶來(lái)的影響,獲得熱解本征動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)CO和CO_2生成的活化能普遍比CH_4、H_2小,說(shuō)明CO、CO_2比CH_4、H_2更容易生成。同時(shí),添加三種金屬鹽會(huì)改變氣體活化能,進(jìn)而影響氣體產(chǎn)物的釋放特性及轉(zhuǎn)化率。
【圖文】：

東北電力大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文質(zhì)利用源前景廣闊，因?yàn)樗鼈兩L(zhǎng)迅速、易燃、清潔。但是由于玉米密度低而導(dǎo)致在運(yùn)輸過(guò)程中的流動(dòng)問(wèn)題影響了其工業(yè)應(yīng)用的潛氣、固體和液體油或其他化學(xué)物質(zhì)可以促進(jìn)生物質(zhì)的利用[12]。方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物能源用于產(chǎn)生熱量和電力，為清潔環(huán)在替代不可再生化石燃料方面發(fā)揮重要作用。根據(jù)產(chǎn)物需求的下的轉(zhuǎn)化：直接壓縮、化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化等[13]，如圖 1-1 所物理轉(zhuǎn)化壓縮成型成型燃料

2.2 實(shí)驗(yàn)原料的選取及處理本實(shí)驗(yàn)所用的原料為玉米秸稈，取自于吉林市近郊。而玉米秸稈的主要組成成分（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）購(gòu)買于上海阿拉丁。由于半纖維素不穩(wěn)定，故選取半纖維素中含量豐富的木聚糖作為半纖維素�；�。在熱解實(shí)驗(yàn)之前需要對(duì)原料進(jìn)行研磨篩分等預(yù)處理。具體做法是：（1）首先將風(fēng)干后的玉米秸稈除秸稈以外的其他組織去除（穗、葉及根部），鍘成長(zhǎng)度約 2-3cm 的小段，然后使用 SDPP3*100 制樣粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。經(jīng)粉碎后的顆粒反應(yīng)接觸面積增大，，使熱解更充分。（2）然后采用 KH-35AS 電熱恒溫干燥箱對(duì)樣品粉末干燥 24 小時(shí)，溫度設(shè)置為105℃。（3）最后選取 200 目篩子對(duì)干燥后的樣品進(jìn)行篩分，以減少因粒徑不同而造成的傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題。將處理好的樣品存放置于恒溫箱中，以備后續(xù)的實(shí)驗(yàn)和分析。
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK6

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